为了实现对不同偏振态入射激光的退偏控制，设计了一种具有随机位相分布结构的液晶退偏器。针对胆甾相液晶器件，利用时域有限差分法，对激光通过胆甾相液晶器件的传输问题建立了模型，并通过实验验证了理论模型，分析了激光通过液晶阵列单元后的偏振态变化及偏振态分布特性。仿真分析结果表明，在合适的液晶材料条件和微刻蚀坑的最大厚度条件下，胆甾相液晶器件对于不同偏振角的入射线偏振光均可以实现较好的退偏效果，且适用的谱宽范围较大。

为提高偏振去雾算法对雾气场景的恢复能力，提出一种偏振度优化与大气光校正的偏振图像去雾算法。首先，依据雾气场景亮度分布，使用导向滤波将雾气图像分解为亮面残差和暗面残差；其次，扩大亮面残差对应的偏振度值，削减暗面残差对应的偏振度值以优化偏振度，该偏振度可将大气光图像模糊；最后，利用偏振度在亮面和暗面残差上的差异，对大气光强度进行校正，以使其随雾气的变化规律满足大气退化模型。实验结果表明：本文算法的去雾图像相较原雾气图像，对比度提高3.07倍、信息熵提高9.21%、标准差提高61.86%。且在不同浓度模拟雾气环境中，本文算法都有较为优异的SSIM、PSNR和CIEDE2000。相较于现有先进图像去雾算法，本文算法去雾效果明显，可以有效地复原雾气中场景的细节信息。

分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像，传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像，然后再实现后续的任务。然而，去马赛克过程会引入误差，而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题，本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异；然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核；在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图，在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外，利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果，得到更加完整的检测结果。最后，使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。

相比于强度探测，使用偏振探测的方法能有效增强地物目标（如伪装目标）识别的准确性。设计并搭建偏振特性测试系统，对铁板、玻璃板、绿漆涂层铁板、绿漆涂层玻璃板、草皮这5种目标进行多角度偏振成像实验。首先，通过旋转偏振片将入射光源设置为完全线偏振光。其次，在偏振相机镜头前加滤光片，来获取同一中心波段下5种材质在各个探测天顶角、探测方位角下的图像。最后，将获得的偏振图像进行偏振度计算。结果表明，不同材质的保偏特性不同，且物体偏振度只与材质表面涂层有关，与内部组成成分无关；在镜面反射方向，目标的偏振度最大。这说明偏振光探测能作为材料分类的依据，可应用于遥感探测、物证搜寻等方面，还对反偏振侦察的特殊伪装材料制作有一定指导意义。

偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量，物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段，其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异，以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段，偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测，具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础，围绕相关的器件、技术和应用发展状况，对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况，与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理，以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作，主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术，偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后，对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振**目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题，研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源，通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术，在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能，对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量，测量结果表明，该测量装置的残余偏振度低于0.2%，可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。